怎样在java虚拟机中理解Java并发

Posted 2023-02-20 秋风Haut

今天公司的一位技术专家在我们这里聊天，聊完之后我突然对Java并发又多了些许理解。

先以Java虚拟机的内存结构开始，在《Java虚拟机规范》中，Java虚拟机被定义为程序计数器、Java栈、本地方法栈、Java堆和方法区五大块。

程序计数器为线程私有的，并发处理在处理器层面实际上依旧是串行的，处理轮流在各个线程轮流执行其指令，因速度非常快，而达到了宏观并行微观串行的效果。处理器每条要执行的指令会由程序计数器给出其地址。也就是说，程序计数器用来给出处理器下一条指令的地址。

Java栈与Java堆是Java程序员最经常接触的两块内存区域。它描述了Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，栈帧用来保存局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息，每个方法从调用直至执行完毕，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中进栈和出栈的过程。从这个过程来看，如果虚拟机中同时执行了多个线程，每个线程都会在运行着某个方法，每个方法都对应着一个栈帧，但是这些不同的栈帧不可能在同一个栈中，否则它们就无法同时执行，因此可以得出结论，Java虚拟机中的Java栈的个数与线程的个数是相同的，Java栈的生命周期与线程是一致的。

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈则为虚拟机使用的Native方法服务。因此hotspot虚拟机直接将此块实现与Java栈合二为一。

Java堆这块内存区域存在的唯一目的就是存放对象实例。这一点在Java虚拟机规范中的描述是：所有的对象实例以及数组都要在堆上分配。

方法区用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。因此也有叫非堆，将方法区也划进Java堆中，来方便进行垃圾回收。
以上，我们可以简化的将Java虚拟机的内存看成是五个这样的结构：

首先，要声明的是，只有分配在Java堆（包括方法区）中的变量才会有线程问题，分配在Java栈中的变量是方法内部的变量 ，最重要的是，在方法中，每个线程对应一个Java栈，只会访问本栈中的变量值，因此方法内部的局部变量不会出现线程问题。而Java栈中会存储对Java对象的引用，也就意味着，可能多个线程都存在着对Java堆中同一对象的引用 ，也就有可能会出现多个线程同时修改对象变量的情形。

还有一点，一个类的所有对象，实际上不一样的只有它们的成员变量值可能会有差异，它们的方法的代码是不会有差异的，因此虚拟机在Java堆上为对象分配内存时，其实相当于以数组的形式为这个对象分配内存，数组中依次存储着该类的各个成员变量副本。而类变量（静态变量）全部存储在方法区（永久代）中，并且只有一份。因此可以说，Java堆存储所有对象，而方法区中存储类对象（即String.getClass()的返回结果）。

如果一个类的某些非static方法被synchronized关键字修饰，那么就类似于synchronized(this)的效果，线程执行到该方法时，会首先获取一个锁，这个锁将会锁定该对象。因此，假如一个类的两个非static方法都用synchronized修饰，那么若多个线程执行到这些方法，只能以串行的方式一个一个执行，即使他们要调用的方法不一样，也会等待，因为他们要获得的锁是同一个锁，这个锁锁的是同一个对象。切记，Java中的锁永远只锁对象，不会锁方法。

而如果该类的多个static方法也被synchronized修饰，那么线程执行到这些static方法时，也会申请获得一个锁，而这个锁则会锁定类对象，而与对象无关。如果多个线程执行这些static方法时，即使方法不同，也会需要等待，因为这些锁锁的是同一个类对象，因此它们是同一个锁，因此，这些线程依旧需要以串行的方式来执行。

以上。可总结，Java中的锁只会锁对象，或锁普通对象，或锁类对象。如果多个锁锁的是同一对象，那么这些锁都是一个锁。而Java的锁之间是互斥的，如果线程获得锁时发现锁已经被别的线程获得，那么该线程只能等待，直至上一个线程释放了所持有的锁，这个线程才有机会获得锁。

其实今天大拿还分享了些数据库中的并发，就下次另开一篇文章来写吧。